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中国人自主研发的“智能衣服”,可以发电、变色、发光,那它的价格怎么样
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来源:上观新闻 作者:彭慧胜 2021-09-24 06:01
摘要:未来,我们穿着这种能发电的衣服,可以解决很多领域的用电需求,从而改变我们的生活。

近日,复旦大学高分子科学系彭慧胜团队成功将显示器件的制备与织物编织过程融合,等于是把电池“穿”在了身上。未来,人们可以通过衣服对手机进行无线充电。“造就TALK”是一个致力于“发现创造力”的剧院式演讲平台。请听彭慧胜教授在“造就TALK”上介绍神奇的高能材料。

衣服的基本单元是纤维,纤维衣服基本的作用是防寒保暖。但是,大家能否想象在不久的将来,一件衣服可以发电、可以治病,可以让你飞檐走壁?

让我们首先从能源讲起。我们常见的能源器件分两类:一类用于发电,叫能源转换器,比如太阳能电池;另一类用于储存能量,比如锂离子电池或超级电容器。这两类能源器件,我们通常见到的是板状或块状结构,是刚性而且比较笨重的。

这种结构限制了它们在很多领域的应用,尤其是一些重要的新兴领域,例如可穿戴设备领域。所以我们设想,如果能把太阳能电池、锂离子电池做成纤维,就可以变成织物,最后做成衣服。未来,我们穿着这种能发电的衣服,可以解决很多领域的用电需求,从而改变我们的生活。

『能发电、能储电』

要做成能发电的衣服,首先我们要得到能发电的纤维。

这种能发电的纤维是一个器件,而任何器件的核心部件都是电极,所以首先要得到纤维的电极材料。我们发明了一种名为“取向”的独特材料,它是由碳纳米管通过拉丝的方式获得的。

碳纳米管是一个什么样的材料?它是一个由碳原子形成的管状结构,其直径只有头发丝的千分之一到万分之一,密度是钢的1/6,强度却是钢的100倍。它的电导率与金属相当,所以可以制作成纤维状碳纳米管电池,然后制成衣服,这样的衣服一个白天(10小时)可发电6.1万毫安时,相当于反复为苹果手机充电4次。 

这件衣服的基本单元是纤维太阳能电池。它是怎么做成的?作为电极的碳纳米管纤维,我们在它的表面镀上红色的光电活性材料,用于吸收太阳光,产生电。而碳纳米管纤维的正面涂了另外一层电极膜,两个电极可以把红色光电活性材料产生的电传到外电路。 

在反复弯折时,这种碳纳米管纤维仍可稳定供电。目前,光电转化率最高可达到9.45%,这意味着它可以在商业上进行推广应用。这个纤维状的太阳能电池还有一个独特的优点,即不管阳光从哪个角度照过来,它的光电转化率都非常稳定。因此,当你穿一件由这种纤维制成的衣服去运动时,这件衣服仍然能高效、安全地为你随身携带的电子产品供电。

在白天,太阳能电池可以供电,那晚上怎么办?我们希望,这件衣服可以将白天的电通过电池储存起来,供晚上需要的时候使用。所以,我们还希望把锂离子电池、超级电容器等储能的器件也做成衣服。 

这就是这类神奇纤维的第一大功能——发电、储电。

『可变色、可发光』

接下来介绍这类纤维的第二大功能,它可以变色,也可以发光。未来,我们可以把它做成各种各样的颜色,把它图案化,使它按照你的需求进行改变。也就是说,你只需要买一件衣服,就可以适应不同场合的穿搭。

变色的纤维是怎么制成的?我们知道,变色龙可以在不同环境下改变皮肤的颜色,主要源于它皮肤表层材料结构的变化。基于类似思路,我们引入了“丁二炔”这类高分子材料,它可以和碳纳米管进行复合,当通电时,这种高分子材料的结构会发生变化,颜色也会随之发生变化。蓝色的纤维在通电后会变成红色,当关闭电源后,红色又变成蓝色,整个过程在1秒内完成,可反复进行。

衣服又是怎么发光的呢?我们首先在一根纤维(可以是碳纳米管纤维)的电极基底上涂上一层发光的活性材料,再涂上另一层发光电极,这实际上就是在两个电极中间夹着活性发光材料。这样,一根纤维在很小的电压(3—5伏)下,可以均匀地360度发光,而且它是可控的,你可以得到不同颜色的光。

实际上,这种纤维还有其他很多功能。比如,它可发热、可制冷,能轻松应对一些极端条件。我们还可以把这种纤维做成手套,只要你戴上手套,就可以在墙壁上爬行,这有点像电影里的蜘蛛侠。 

大家可能会问:这类多功能的神奇纤维材料什么时候可以买到?价格怎样?未来,大部分工薪阶层都可以买得起由这种纤维材料制成的衣服。我们有理由期待,在不久的将来,这类纤维材料可能颠覆我们的生活方式,创造人类全新的未来。


彭慧胜教授

栏目主编:龚丹韵 文字编辑:徐蓓 题图来源:图虫创意 图片编辑:雍凯
文中图片由作者提供
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